Neue Plattform für Arzneimitteltests zu kardiovaskulären Erkrankungen
Derzeitige pharmakologische Interventionen können leine langfristige Heilung für Herz-Kreislauf-Erkrankungen bieten, weshalb die Organtransplantation die endgültige Option für eine Heilung ist. In-vitro-Modellen fehlt es an der Komplexität eines lebenden Gewebes und Versuche an lebenden Tieren werfen ethische Bedenken und Fragen über ihre Übersetzbarkeit für den Menschen auf. Das EU-finanzierte Projekt TIME TO MATURE (Design and validation of a conductive polymer-based system for the functional maturation of human pluripotent stem cell derived cardiomyocytes as a platform for drug testing) entwickelte ein neues In-vitro-Modell für das Arzneimittel-Screening. Dessen Merkmale ähneln denen von nativem Herzgewebe. Menschliche pluripotente Stammzellen (hPSC) bieten eine potentiell unbegrenzte Quelle von Kardiomyozyten (CM) für biopharmakologische Zwecke. Die Entdeckung der menschlich induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC) ermöglicht die Entwicklung von Zellmodellen, mit denen sich patientenspezifische Krankheitsmerkmale rekapitulieren lassen. Ein Hauptziel von TIME TO MATURE war die Verbesserung des hPSC-Differenzierungsprozesses in CM, um eine homogene Population von funktionellen und reifen Zellen zu erhalten. Das Projekt entwickelte erfolgreich ein optimiertes CM-Differenzierungsprotokoll aus fünf verschiedenen hPSC-Linien, gefolgt von einer umfangreichen genetischen Profilierung, einschließlich von Markern für die Herzkammer-Spezifikation. Diese Analyse lieferte neue Daten darüber, wie diese Reihe von Genen neben der hPSC-Differenzierung exprimiert wird. Wichtig war auch der Entwurf und die Schaffung der molekularbiologischen Werkzeuge, welche die Spezifizierung von hPSC-abgeleiteten CM in die atriale oder die ventrikuläre Richtung ermöglichen. TIME TO MATURE erzielte spannende Ergebnisse bei der Herstellung eines Arrays von leitfähigen proteinbasierten Hydrogelen, um das Wachstum und die Funktion von primären Herzzellen einschließlich hPSC-abgeleiteten CM zu unterstützen. Die Forscher charakterisierten die Funktionalität des neuen Hydrogels an hPSC-CM auf mehreren Ebenen. Untersuchungen mit hiPSC-Linien eines Patienten mit einer genetischen Form der hypertrophischen Kardiomyopathie lieferten wichtige Informationen über die Anwendbarkeit von Hydrogelen für personalisierte Medizinanwendungen. Abschließend entdeckten die Projektmitglieder, dass proteinbasierte Hydrogele neue Substrate für CM-basierte Studien bieten. Besonders spannend ist, dass die Verwendung eines proteinbasierten Hydrogels die Entwicklung von Strategien für wirklich personalisierte Modelle für die Wirkstoffprüfung ermöglicht.
Schlüsselbegriffe
Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Stammzellen, TIME TO MATURE, hPSC, leitfähiges Protein-basiertes Hydrogel, Gewebe-Engineering
